National University of Singapore, Kyoto Üniversitesi, KAIST ve UNIST'ten araştırma sonuçları, çip tasarımındaki farklı zorlukları ele almak için üç yaklaşım ortaya koydu: bakır bağlantı yalıtkanlarını küçültmek, silikon karbür transistörlerini son derece yüksek sıcaklıklarda çalıştırmak ve oksitten üretilen dikey kanallı transistörlerin kararlılığını artırmak.
İki işlevi birleştiren karbon yalıtkan
National University of Singapore'dan araştırmacılar, boyutları sürekli küçülen bakır kabloları yalıtmak amacıyla atomik kalınlıkta amorf karbon film geliştirdi. Film, 0,8 ile 2,7 nanometre arasındaki kalınlıklarda 1,35 değerinde dielektrik sabitini korudu; ayrıca bakır iyonlarının içinden geçmesini önledi ve güçlü elektrik alanlarına dayandı.
Film, 300 santigrat derecenin altındaki sıcaklıklarda kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle üretildi ve doğrudan silikon dioksit, bakır ve kobalt üzerinde büyütüldü. Büyüme, dört inçlik bir wafer üzerinde, desenlenmiş yapıların yanları ve köşeleri de dahil olmak üzere, düzgün biçimde gerçekleşti.
0,8 nanometrelik kalınlıkta film, yalıtım özelliğini kaybetmeden önce santimetre başına 28 ila 31 megavoltluk bir elektrik alanına dayandı. Sonucun önemi, düşük k değerine sahip yalıtımı ve bakırın tek bir katman içinde geçişini önleyen bariyeri bir araya getirmesinde yatıyor; bu, bakır hattın kendisi için daha fazla alan bırakabilir. Ancak ekip, uzun vadeli güvenilirliği, ölçeklenebilirliği ve mevcut üretim süreçleriyle uyumluluğu test etmek için TSMC ile iş birliği yapmayı planlıyor; bu konular henüz çözüme kavuşmuş değil.
600 santigrat dereceye ulaşan ortamlar için SiC transistörleri
Kyoto Üniversitesi'nden araştırmacılar, silikon karbürden tamamlayıcı bağlantılı alan etkili transistörler (SiC JFET'ler) geliştirdi ve bunların 600 santigrat derecelik bir sıcaklıkta çalıştığını gösterdi.
Tasarımda, eşik gerilimi üzerindeki kontrolü iyileştirmek için alt kapı ve yüksek sıcaklıklarda kaçak akımını sınırlamak amacıyla yarı yalıtkan bir altlık yerine kuyulara dayalı bir yalıtım kullanıldı. Bu yapı, kaçağı SiC malzemesi için beklenen teorik sınıra yakın bir düzeye indirdi.
Sonuç hâlâ araştırma aşamasında; ekip daha karmaşık devreler geliştirmeyi, wafer düzeyinde üretime geçmeyi ve komple paketin zorlu ortamlara dayanma kapasitesini doğrulamayı planlıyor.
Bellek içi hesaplama devreleri için çok katmanlı yalıtkan
KAIST ve UNIST'ten araştırmacılar, potansiyel olarak bellek içi hesaplama cihazlarında kullanılabilecek bir yapı olan oksitten üretilen dikey kanallı transistörlerin performansını iyileştirmek için silikon nitrür/silikon dioksit/silikon nitrür (SiN/SiO₂/SiN) çok katmanlı yalıtkan yapı geliştirdi.
Yapı, oksit yarı iletkenindeki oksijen boşluklarını istikrarlı biçimde telafi etmeye yardımcı olan bir oksijen taşıma kanalı görevi görürken, aynı zamanda elektrottaki istenmeyen oksidasyonu sınırlıyor. On milyondan fazla elektriksel stres testi döngüsünün ardından eşik gerilimindeki değişim 50 milivoltun altında kaldı. Araştırmacılar ayrıca oksit yarı iletkenini geleneksel silikon CMOS teknolojisiyle entegre etmeyi başardı.
Bu haber neden önemli?
Üç sonuç, farklı maddi ve mühendislik kısıtlarını ele alıyor: bakır bağlantıların yoğunluğu, yüksek sıcaklıklardaki kaçak ve dikey cihazların kararsızlığı. Ancak bunlar hazır ürünleri veya ticari olarak kanıtlanmış üretim süreçlerini temsil etmiyor; her proje ölçeklenebilirlik, güvenilirlik ve üretim hatlarıyla entegrasyon için ek testlere ihtiyaç duyuyor. Bu nedenle mevcut değerleri, çip endüstrisinde anında bir dönüşüm ilan etmekten ziyade değerlendirilebilir araştırma yolları sunmalarında yatıyor.